JP6898589B2 - 刈り取りスケジュール決定方法及び刈り取りスケジュール決定プログラム - Google Patents

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Description

本発明は、刈り取りスケジュール決定方法及び刈り取りスケジュール決定プログラムに関し、特に、複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する刈り取りスケジュール決定方法及び刈り取りスケジュール決定プログラムに関する。
稲などの植物を生育する場合、収益を最大にするために十分に生育した状態で刈り取りを行うことが求められる。これまでは、刈り取り機、生籾の乾燥施設、貯蔵施設などの刈り取り施設の空き期間、穂の色合いや刈り取り予定日前の天候状況などを考慮し、前年度等の過去の経験則に基づいて刈り取りタイミングを決定していた。例えば、下記特許文献1には、生籾サンプルの水分値と青籾混入率とを測定し、刈取時期の早遅を判定する刈取時期判定方法が提案されている。
しかしながら、このような生籾サンプルを測定する方法では、個別の稲の生育情報を取得することはできるが、複数の圃場などの広い領域の生育情報を効率的に取得することができない。そこで、近年では、植物の生育度を光学的に測定することにより刈り取りタイミングを判定する方法が提案されており、そのための装置として、例えば、下記特許文献2には、植物により反射された太陽光を入射させて分光し、2種以上の特定波長の光の反射強度を測定する第1の受光部と、太陽光を直接入射させて前記第1の受光部と同一波長の光に分光し、参照光としてその受光強度を測定する第2の受光部と、前記第1の受光部で検出した特定波長の反射強度を前記第2の受光部で検出した参照光の受光強度を基に補正し、補正された反射強度を基に、測定植物の葉色(SPDA値)、草丈、乾物重、(草丈×茎数)、{草丈×葉色(SPDA値)}及び{草丈×茎数×葉色(SPDA値)}の少なくとも1つを求める演算部と、を備える生育度測定装置が開示されている。
特開2000−201528号公報 特許第4243014号公報
上述した装置を利用することにより、複数の圃場などの広い領域の生育情報を効率的に取得することはできるが、複数の圃場に生育する植物の刈り取りタイミングは、やはり過去の経験則に基づいて決定するため、収益が最大になるように刈り取りタイミングを設定することは難しく、また、刈り取り機、乾燥施設、貯蔵施設などの刈り取り施設の有効利用を図ることは難しいという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、植物の刈り取りタイミングを適切に判断して、収益の向上を図ると共に刈り取り施設の有効利用を図ることができる刈り取りスケジュール決定方法及び刈り取りスケジュール決定プログラムを提供することにある。
本発明の一側面は、複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する装置における刈り取りスケジュール決定方法であって、前記装置は、刈り取り設備の空き期間、前記植物の生育情報及び天候予測情報を取り込む入力処理と、前記植物の生育情報と前記天候予測情報とに基づいて、前記圃場毎の刈り取り可能期間を予測する期間予測処理と、前記刈り取り設備の空き期間と前記圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、前記複数の圃場の刈り取り日時を決定する日時決定処理と、前記複数の圃場の刈り取り日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する出力処理と、を実行することを特徴とする。
本発明の一側面は、複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する装置で動作する刈り取りスケジュール決定プログラムであって、前記装置に、刈り取り設備の空き期間、前記植物の生育情報及び天候予測情報を取り込む入力処理、前記植物の生育情報と前記天候予測情報とに基づいて、前記圃場毎の刈り取り可能期間を予測する期間予測処理、前記刈り取り設備の空き期間と前記圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、前記複数の圃場の刈り取り日時を決定する日時決定処理、前記複数の圃場の刈り取り日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する出力処理、を実行させることを特徴とする。
本発明の刈り取りスケジュール決定方法及び刈り取りスケジュール決定プログラムによれば、植物の刈り取りタイミングを適切に判断して、収益の向上を図ると共に刈り取り施設の有効利用を図ることができる。
その理由は、複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する際に、刈り取り設備の空き期間、植物の生育情報及び天候予測情報を取り込み、生育情報と天候予測情報とに基づいて、圃場毎の刈り取り可能期間を予測し、刈り取り設備の空き期間と圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、複数の圃場の刈り取り日時を決定し、複数の圃場の刈り取り日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する制御を行うからである。
本発明の一実施例に係る植物生育指標測定システムの一例を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る植物生育指標測定システムの他の例を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る植物生育指標測定システムの他の例を示す模式図である。 本発明の一実施例に係る植物生育指標測定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係る太陽光測定部の外観構成を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係る制御部の動作(刈り取りスケジュール決定処理)を示すフローチャー卜図である。 本発明の一実施例に係る制御部の動作(生育情報算出処理)を示すフローチャー卜図である。 本発明の一実施例に係る刈り取りスケジュール決定方法を説明する図である。 植物生育指標測定システムの利用例を示す模式図である。 熱画像と穂数との相関を示す図である。 熱画像と草丈との相関を示す図である。
背景技術で示したように、稲などの植物を生育する場合、収益を最大にするために十分に生育した状態で刈り取りを行う必要があり、例えば、特許文献1のように、生籾サンプルの水分値と青籾混入率とを測定し、刈取時期の早遅を判定する方法が用いられている。しかしながら、生籾サンプルを測定する方法では、複数の圃場などの広い領域の生育情報を効率的に取得することができないことから、特許文献2のように、植物の生育度を光学的に測定する装置が提案されている。
上記装置を利用して植物の生育を管理する場合、例えば、図9に示すように、遠隔操縦又はGPS(Global Positioning System)を用いて自律航行する飛行体に設置され、飛行体の下側に設置された撮像部で圃場を撮影して葉色や茎数を測定し、飛行体の上側に設置された測定装置で太陽光補正を行ってNDVI(Normalized Difference Vegetation Index)画像を生成する。そして、位置をずらして撮影したNDVI画像を貼り合わせて、圃場の各部の生育状態を示す生育ばらつきマップを作成し、これらの生育ばらつきマップを用いて施肥量マップ(可変基肥マップや可変追肥マップ)を作成し、施肥量マップに基づいてトラクターやヘリコプターなどを用いて施肥を行い、圃場内で植物が均一に生育するように管理する。
上述した装置を利用することにより、複数の圃場などの広い領域の生育情報を効率的に取得することはできるが、複数の圃場に生育する植物の刈り取りタイミングは過去の経験則に基づいて決定するため、収益が最大になるように刈り取りタイミングを設定することは難しく、また、刈り取り施設の有効利用を図ることは難しい。
図10は、上述した装置を利用して複数の圃場から取得した熱画像を解析して、生育情報として1m当たりの穂数(m穂数と呼ぶ。)を算出した結果を示している。図10(a)、(b)の丸で囲んだ領域は稲葉の温度が高く、還元障害によってm穂数が少なくなった領域を示しており、m穂数が少ない領域は穂数が多くなった時点で刈り取りを行うことが求められるが、いつ刈り取りを行えば良いかは過去の経験則に基づいて決定するため、最大に収益を上げ、刈り取り施設の有効利用を図ることは難しい。また、図11は、上述した装置を利用して複数の圃場から取得した熱画像を解析して、生育情報として稲草丈を算出した結果を示している。図11(b)のハッチングで示した領域は稲葉の温度が高く、還元障害によって稲草丈が低くなった領域を示しており、稲草丈が低い領域は稲草丈が高くなった時点で刈り取りを行うことが求められるが、いつ刈り取りを行えば良いかは過去の経験則に基づいて決定するため、最大に収益を上げ、刈り取り施設の有効利用を図ることは難しい。
そこで、本発明の一実施の形態では、最大に収益を上げ、刈り取り施設の有効利用を図ることができるように、各種情報に基づいて刈り取り日時を自動的に設定/調整する。具体的には、複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する際に、刈り取り施設の空き期間(利用可能日)、植物の生育情報(品種、茎数、草丈、穂情報、等級など)、天候予測情報を取り込み、植物の生育情報と天候予測情報とに基づいて、圃場毎の刈り取り可能期間(植物を十分に生育させた最適な状態で刈り取ることができる期間)を予測し、刈り取り施設の空き期間と圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、複数の圃場の刈り取り日時を決定し、複数の圃場の刈り取り日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する。また、刈り取り日時の決定に際して、複数のパラメータ(圃場の面積、品種、茎数、草丈、穂情報、等級の少なくとも1つ)に基づいて、複数の圃場の優先順位を設定(収益が相対的に高くなると推定される圃場の優先順位を相対的に高く設定)し、優先順位が相対的に高い圃場から、刈り取り設備の空き期間内かつ当該圃場の刈り取り可能期間内で、刈り取り日時を決定する。また、圃場毎の排水情報を取り込み、刈り取り日時の決定に際して、刈り取り日時が重なる圃場が生じる場合に、優先順位が相対的に低い圃場の水抜き日時をずらすことによって、刈り取り日時を調整する。
これにより、植物の刈り取りタイミングを適切に判断して、収益の向上を図ると共に刈り取り施設の有効利用を図ることができる。
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る刈り取りスケジュール決定方法及び刈り取りスケジュール決定プログラムについて、図1乃至図8を参照して説明する。図1乃至図3は、本実施例の植物生育指標測定システムの一例を示す模式図であり、図4は、本実施例の植物生育指標測定システムの構成を示すブロック図、図5は、太陽光測定部の外観構成を示す斜視図である。また、図6及び図7は、本実施例の制御部の動作を示すフローチャー卜図であり、図8は、本実施例の刈り取りスケジュール決定方法を説明する模式図である。
図1に示すように、本実施例の刈り取りスケジュールの決定で利用する植物生育指標測定システムは、第1波長及び第1波長とは異なる第2波長で複数の葉を持つ測定対象の反射光の光強度を測定する反射光測定装置11と、第3波長及び第3波長とは異なる第4波長で太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置12と、測定対象の反射光の光強度情報と太陽光の光強度情報とに基づいて、測定対象の生育指標を求める制御装置13と、を含み、これらが、遠隔操縦又は自律式のマルチコプター又は無人航空機(いわゆるドローン)などの飛行体に搭載されて構成される。
なお、図1では、反射光測定装置11と太陽光測定装置12と制御装置13とが飛行体に搭載されるシステムを例示したが、図2に示すように、反射光測定装置11と太陽光測定装置12とが飛行体に搭載され、制御装置13が独立した装置として構成されるシステムとしてもよい。図2の構成の場合、反射光測定装置11は、制御装置13の指示に基づいて測定対象の反射光の光強度を測定し、太陽光測定装置12は、制御装置13の指示に基づいて太陽光の光強度を測定し、制御装置13は、反射光測定部20から測定対象の反射光強度情報を取得すると共に、太陽光測定部30から太陽光強度情報を取得し、これらを用いて測定対象の生育指標を算出する。
また、図3に示すように、反射光測定装置11と太陽光測定装置12と制御装置13とが別々の装置として構成されるシステムとしてもよい。図3の構成の場合、反射光測定装置11が飛行体に搭載され、制御装置13の指示に基づいて測定対象の反射光の光強度を測定し、太陽光測定装置12が地上に設置され、制御装置13の指示に基づいて太陽光の光強度を測定(好ましくは、太陽光を直達成分と散乱成分とに分離できるように測定)する。また、制御装置13は、反射光測定部20から測定対象の反射光強度情報を取得すると共に、太陽光測定部30から太陽光強度情報を取得し、これらを用いて測定対象の生育指標を算出する。
以下、図1の構成を前提にして、植物生育指標測定システム10の各部の動作について説明する。図4に示すように、本実施例の植物生育指標測定システム10は、反射光測定部20と、GPS部21と、方位計22と、傾斜計23と、太陽光測定部30と、制御部40と、記憶部50と、時計部60と、I/F部70と、表示操作部80と、電源部90などで構成される。
反射光測定部20は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、測定対象の反射光の光強度を互いに異なる第1波長及び第2波長で測定する装置であり、その測定結果を制御部40へ出力する。この第1波長及び第2波長は、求める植物生育指標に応じて適宜設定可能であり、例えば、NDVI値を求める場合には、650nm近辺の可視光の波長及び750nm以上の赤外光の波長とすることができる。
具体的には、反射光測定部20は、可視光の画像(可視画像)を生成する第1可視撮像部と、赤外光の画像(赤外画像)を生成する第1赤外撮像部と、を備える。第1可視撮像部は、いわゆる可視カメラ等であり、例えば、波長650nmを中心波長とする比較的狭帯域で光を透過する第1バンドパスフィルタ、第1バンドパスフィルタを透過した測定対象の可視光の光学像を所定の結像面上に結像する第1結像光学系、第1結像面に受光面が一致するように配置され、測定対象の可視光の光学像を電気的な信号に変換する第1イメージセンサ、第1イメージセンサの出力に対して公知の画像処理を施して可視光での第1画像データRvを生成する第1デジタルシグナルプロセツサ(DSP)などで構成され、第1画像データRvを制御部40へ出力する。また、第2赤外撮像部は、いわゆる赤外カメラ等であり、例えば、波長800nmを中心波長とする比較的狭帯域で光を透過する第2バンドパスフィルタ、第2バンドパスフィルタを透過した測定対象の赤外光の光学像を所定の結像面上に結像する第2結像光学系、第2結像面に受光面が一致するように配置され、測定対象の赤外光の光学像を電気的な信号に変換する第2イメージセンサ、第2イメージセンサの出力に対して公知の画像処理を施して赤外光での第2画像データRiを生成する第2DSPなどで構成され、第2画像データRiを制御部40へ出力する。
なお、上記では、反射光測定部20が第1可視撮像部及び第1赤外撮像部を備える構成としたが、反射光測定部20は、赤色の光を受光するR画素、緑色の光を受光するG画素、青色の光を受光するB画素及び赤外の光を受光するIR画素を2行2列に配列した単位配列を持つイメージセンサ(RGBIrイメージセンサ)や、白色の光を受光するW画素、黄色の光を受光するY画素、赤色の光を受光するR画素及び赤外の光を受光するIR画素を2行2列に配列した単位配列を持つイメージセンサ(WYRIrイメージセンサ)等の1つの撮像部を備える構成としてもよい。また、反射光測定部20は、分光器を備える構成としてもよい。
GPS部21は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、地球上の現在位置を測定するための衛星測位システムによって、当該植物生育指標測定システム10の位置(図2及び図3の構成の場合は反射光測定装置11の位置)を測定する装置であり、その測位結果(緯度X、経度Y、高度Z)を制御部40へ出力する。なお、GPS部21は、DGSP(Differential GSP)等の誤差を補正する補正機能を持ったGPSとしてもよい。
方位計(コンパス)22は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、地磁気等に基づいて方位を測定することによって、当該植物生育指標測定システム10の測定方向の方位を測定する装置であり、測定した方位φCを制御部40へ出力する。この方位φCは、北を0度、東を90度、南を180度、西を270度として表される。
傾斜計23は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、傾斜を測定することによって、当該植物生育指標測定システム10の測定方向の角度を測定する装置であり、測定した角度βを制御部40へ出力する。
太陽光測定部30は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、太陽光の光強度を互いに異なる第3波長及び第4波長で測定する装置であり、その測定結果を制御部40へ出力する。この第3波長及び第4波長は、求める植物生育指標に応じて適宜設定することができるが、本実施例では、第3波長は前記した第1波長、第4波長は前記した第2波長としている。また、太陽光測定部30は、反射光測定部20の第1可視撮像部と同様の構成の第2可視撮像部と、反射光測定部20の第1赤外撮像部と同様の構成の第2赤外撮像部と、を備え、第2可視撮像部は、可視光での第3画像データSvを生成して制御部40へ出力し、第2赤外撮像部は、赤外光での第4画像データSiを生成して制御部40へ出力する。
この太陽光測定部30は、図3のように地上に設置される場合は、図5に示すような構造として、太陽光の光強度を直達成分と散乱成分とに分離することができる。具体的には、太陽光測定部30は、入射した太陽光を散乱反射する(好ましくは理想的なランバート反射特性を有する)散乱反射板31と、散乱反射板31に対して所定の位置に設置された受光部32(第2可視撮像部及び第2赤外撮像部)と、散乱反射板31に対して入射する太陽光を遮蔽することができる光遮蔽部33と、これらを保持する筐体34及び支柱35などを備える。散乱反射板31は筐体34に支持され、受光部32は支柱35に支持され、これらは中心軸が一致するように対向配置(各々の面が水平になるように対向配置)される。また、光遮蔽部33(対向する2つの部位)は、筐体34及び支柱35によって、散乱反射板31及び受光部32の中心軸を回転軸として回転可能に支持され、筐体34の内部に配置されたモータ(図示せず)によって等速で回転する(好ましくは180度の正回転/逆回転を繰り返す)。
そして、光遮蔽部33の一方の部位が略北側になるように設置し、光遮蔽部33を回転させながら散乱反射板31で反射した光を受光部32で撮像する。具体的には、第3波長及び第4波長の各々に対して、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽された状態で受光部32に入射する太陽光の光量Aと、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽されない状態で受光部32に入射する太陽光の光量Bとを測定する。ここで、光量Bから光量Aを減算した値を光量Cとすると、光量Aは、受光部32に入射する光量のうちの散乱成分となり、光量Cは、受光部32に入射する光量のうちの直達成分となる。
制御部40は、植物生育指標測定システム10の各部を制御して生育指標を求める。制御部40は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)及びその周辺回路を備えて構成され、CPUで制御プログラムが実行されることにより、制御部40は、入力部41、期間予測部42、日時決定部43、情報取得部44、太陽角度演算部45、太陽方向演算部46、拡散度演算部47、葉密度演算部48及び生育指標演算部49として機能する。特に、CPUで刈り取りスケジュール決定プログラムが実行されることにより、制御部40は、入力部41、期間予測部42、日時決定部43として機能する。
入力部41は、刈り取り可能期間の予測、刈り取り日時や水抜き日時の決定に使用する各種情報を取り込む。具体的には、圃場の面積や排水情報(各圃場の排水に要する時間)、圃場で生育する植物の品種、植え付け日などの圃場に関する基本情報(圃場情報)を記憶部50(圃場情報記憶部51)などから取り込む。また、刈り取りに使用する施設(刈り取り機、乾燥施設、保管施設など)の空き期間を記憶部50(施設情報記憶部52)などから取り込む。また、植物の品種、茎数、草丈、穂情報(籾数や籾色など)、等級など生育情報を生育指標演算部49や記憶部50(生育情報記憶部53)などから取り込む。また、今後の天候などの天候予測情報を外部のサーバや記憶部50(天候情報記憶部54)などから取り込む。
期間予測部42は、上記生育情報と天候予測情報とに基づいて、植物の生育状態を推定することによって、圃場毎の刈り取り可能期間を予測する。なお、刈り取り可能期間とは、植物を十分に生育させた最適な(市場価値が最も高い)状態で刈り取ることができる期間であり、例えば、茎数や草丈、籾数が予め定めた閾値を超えると推定される期間、籾色が予め定めた色の範囲に入ると推定される期間などとすることができる。
日時決定部43は、上記刈り取り施設の空き期間と圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、複数の圃場の刈り取り日時を決定する。例えば、複数のパラメータ(圃場の面積、植物の品種、茎数、草丈、穂情報、等級の少なくとも1つ)に基づいて、複数の圃場の優先順位を設定(収益が相対的に高くなると推定される圃場の優先順位を相対的に高く設定)し、優先順位が相対的に高い圃場から、刈り取り設備の空き期間内かつ当該圃場の刈り取り可能期間内で、刈り取り日時を決定する。その際、刈り取り日時が重なる圃場が生じる場合は、いずれかの圃場の水抜き日時をずらす(例えば、優先順位が相対的に低い圃場の水抜き日時を後ろにずらす)ことによって、刈り取り日時を調整する。また、複数の圃場の全収穫高と、刈り取り施設の1日あたりの処理能力と、刈り取り施設の空き期間と、に基づいて、複数の圃場の刈り取りの所要日数を算定し、所要日数に基づいて刈り取りの初期日を決定することができ、刈り取り日時が刈り取り可能期間から外れる圃場が生じる場合は、刈り取りの初期日を早めて、刈り取り遅れにならないようにすることができる。そして、複数の圃場の刈り取り日時(必要に応じて、水抜き日時)を明示した刈り取りスケジュールを表示操作部80に表示させてユーザに通知したり、I/F部70を介して外部の装置に出力したり(例えば、画像形成装置に出力して印刷させたり)する。
情報取得部44は、反射光測定部20から可視光での第1画像データRv及び赤外光での第2画像データRiを取得する。また、情報取得部44は、太陽光測定部30から可視光での第3画像データSv及び赤外光での第4画像データSiを取得する。その際、太陽光測定部30が図5に示す構造の場合は、情報取得部44は、第3画像データSv及び第4画像データSiの各画素の光強度を、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽された状態で受光部32に入射する太陽光の光量Aと、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽されない状態で受光部32に入射する太陽光の光量Bと、に分離して取得する。
太陽角度演算部45は、GPS部21で取得した緯度X及び経度Yと、時計部60で計測した年月日時分(日時情報Tと呼ぶ。)と、に基づいて、公知の手法によって、太陽角度αを求める。例えば、まず、1月1日からの通し日数dnからθ0=2π(dn−1)/365によってθ0を求める。次に、下記の式1によって太陽赤緯δを求め、式2によって均時差Eqを求める。次に、式3によって、日本標準時間JSTから太陽の時角hを求める。そして、式4によって太陽高度Aを求め、太陽角度α=π/2−太陽高度Aから太陽角度αを求める。
δ=0.006918−0.399912cos(θ0)+0.070257sin(θ0)−0.006758cos(2θ0)−0.000907sin(2θ0)−0.002697cos(3θ0)−0.001480sin(3θ0) … (式1)
Eq=0.000075+0.001868cos(θ0)+0.032077sin(θ0)−0.0014615cos(2θ0)−0.040849sin(2θ0) … (式2)
h=(JST−12)π/12+標準子午線からの経度差+均時差Eq … (式3)
A=arcsin[sin(Y)sin(δ)+cos(Y)cos(δ)cos(h)] … (式4)
太陽方向演算部46は、GPS部21で取得した緯度X及び経度Yと、時計部60で計った日時情報Tと、に基づいて、公知の手法によって、太陽方位φ1を求める。具体的には、下記の式5によって太陽方位φ1を求める。この求めた太陽方位φ1と方位計22で求めた反射光測定部20の測定方向の方位φCと、に基づいて、太陽方向φを求める。具体的には、太陽方向演算部46は、方位計22で測定した方位φCと式5から求められる太陽方位φ1との差分として太陽方向φを求める(φ=φ1−φC)。
φ1=arctan[cos(Y)cos(δ)sin(h)/[sin(Y)sin(α)−sin(δ)]] … (式5)
拡散度演算部47は、太陽光測定部30の測定結果に基づいて、拡散度Wを求める。例えば、拡散度演算部47は、第2可視撮像部で生成された可視光での第3画像データSvの標準偏差σsvを求め、この標準偏差σsvで所定係数Kを除算することで拡散度Wを求める。あるいは、例えば、拡散度演算部47は、第2赤外撮像部で生成された赤外光での第4画像データSiの標準偏差σsiを求め、この標準偏差σsiで所定係数Kを除算することで拡散度Wを求める。上記所定係数Kは、雲がない快晴の場合に拡散度Wが0となり、曇天の場合に拡散度Wが1となるように正規化するための係数である。また、例えば、拡散度演算部47は、反射光測定部20のシャッタースピード(例えば第1可視撮像部のシャッタースピード)ssを反射光測定部20から取得し、このシャッタースピードssをそのまま拡散度Wとすることもできる。また、太陽光測定部30が図5に示す構造の場合は、拡散度演算部47は、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽された状態で受光部32に入射する太陽光の光量Aと、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽されない状態で受光部32に入射する太陽光の光量Bとを用い、光量Bから光量Aを減算して光量Cを求める。光量Aは、受光部32に入射する光量のうちの散乱成分となり、光量Cは、受光部32に入射する光量のうちの直達成分となり、拡散度Wは、光量A/光量B又は光量A/光量Cとなる。
葉密度演算部48は、後述する生育情報記憶部53に記憶された生育情報に基づいて葉密度を求める。例えば、生育情報が植え付け(例えば田植え)からの日数と葉密度Lとの対応関係を示す情報である場合は、葉密度演算部48は、I/F部70を介して取得された植え付けからの日数に対応する葉密度を生育情報記憶部53に記憶された生育情報から求める。
生育指標演算部49は、情報取得部44が取得した第1波長及び第2波長の反射光の光強度情報、第3波長及び第4波長の太陽光の光強度情報、太陽角度演算部45で求めた太陽高度A又は太陽角度αに基づいて、測定対象における生育の度合いを表す生育指標を求める。好ましくは、生育指標演算部49は、更に、太陽方向演算部46で求めた太陽方向φ、傾斜計23で取得した測定角度β、葉密度演算部48で求めた葉密度Lに基づいて、測定対象における生育の度合いを表す生育指標を求める。
また、太陽光測定部30が図5に示す構造の場合は、生育指標演算部49は、直達成分及び散乱成分(若しくは、拡散度演算部47が算出した拡散度W)に基づいて反射光の光強度情報を補正することにより、生育指標を算出することもできる。例えば、生育指標としてNDVIを求める場合、
NDVI=(赤外反射率−可視反射率)/(赤外反射率+可視反射率) … (式6)
反射率=反射光強度/入射光強度 … (式7)
より、
NDVI=(Ri/Si−Rv/Sv)/(Ri/Si+Rv/Sv)
=(Ri−Rv×Si/Sv)/(Ri+Rv×Si/Sv) … (式8)
となる。
ここで、
Si=直達成分Sid+散乱成分Sis … (式9)
Sv=直達成分Svd+散乱成分Svs … (式10)
であるから、太陽高度Aを用いると、
NDVI=(Ri−Rv×(Sid×A+Sis)/(Svd×A+Svs))/(Ri+Rv×(Sid×A+Sis)/(Svd×A+Svs)) … (式11)
となる。
記憶部50は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、各種プログラム及び各種データを記憶する。上記各種プログラムには、例えば、当該植物生育指標測定システム10の各部を制御する制御プログラムや、刈り取りスケジュールを決定する刈り取りスケジュール決定制御プログラム、測定対象の生育指標を求める生育指標演算プログラム等が含まれる。また、上記各種データには、圃場情報や施設情報、生育情報、天候予測情報等が含まれる。記憶部50は、例えば不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等を備える。また、記憶部50は、上記プログラムの実行中に生じるデータ等を記憶する、いわゆる制御部40のワーキングメモリとなるRAM(Random Access Memory)等を備える。なお、記憶部50は、比較的大容量のHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等を備えても良い。
上記記憶部50は、上記情報を記憶するために、圃場情報記憶部51、施設情報記憶部52、生育情報記憶部53、天候情報記憶部54を機能的に備える。圃場情報は、圃場の面積や排水情報(各圃場の排水に要する時間)、圃場で生育する植物の品種、植え付け日などの圃場に関する基本情報であり、表示操作部80等を用いて入力されて圃場情報記憶部51に記憶される。施設情報は、刈り取り機、乾燥施設、保管施設などの刈り取り施設の空き期間であり、表示操作部80等を用いて入力されて施設情報記憶部52に記憶される。また、生育情報は、植物の品種、茎数、草丈、穂情報(籾数や籾色など)、等級などの情報であり、生育指標演算部49によって算出されて生育情報記憶部53に記憶される。天候予測情報は、今後の天候に関する情報であり、例えば、通信ネットワークを介して気象庁や天気情報を提供する企業のサーバなどから取得して天候情報記憶部54に記憶される。
時計部60は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、年月日時分を計測し、計測した現在の日時情報Tを制御部40へ出力する。
I/F部70は、制御部40に接続され、制御部40の制御に従い、外部装置との間(図2の構成の場合は、反射光測定装置11及び太陽光測定装置12と制御装置13との間、図3の構成の場合は、反射光測定装置11と制御装置13、及び、太陽光測定装置12と制御装置13との間)でデータの入出力を行う回路である。例えば、シリアル通信方式であるRS232Cのインターフェース回路、Bluetooth(登録商標)規格を用いたインターフェース回路、IrDA(Infrared Data Association)規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、USB(Universal Serial Bus)規格を用いたインターフェース回路等である。また、I/F部70は、有線又は無線によって通信する通信カード等であり、例えば、イーサネット(登録商標)環境等の通信ネットワークを介して外部装置との通信を可能にする。
表示操作部80は、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)や有機EL(electroluminescence)表示装置などの表示部上に、電極が格子状に配列された、抵抗膜方式や静電容量方式等で操作位置を検出して入力するタッチセンサなどの操作部を備えるタッチパネルなどであり、各種画面(Web画面、刈り取りスケジュール通知画面など)を表示すると共に、各種操作(刈り取りスケジュールの確認操作など)を可能にする。なお、ここでは表示部と操作部とが一体となった表示操作部80を例示したが、表示部と操作部とは別々の装置としてもよい。
電源部90は、植物生育指標測定システム10の各部へ、各部に応じた電圧で電力を供給する回路である。
なお、図1乃至図5は、本実施例の植物生育指標測定システム10の一例であり、その構成や制御は適宜変更可能である。
次に、本実施例の植物生育指標測定システム10の制御部40(図2及び図3のシステム構成の場合は制御装置13)の動作について説明する。制御部40のCPUは、記憶部50(ROM、EEPROM、HDD、SSD等)に記憶した制御プログラム(刈り取りスケジュール決定プログラムを含む。)を記憶部50(RAM)に展開して実行することにより、図6及び図7のフローチャート図に示す各ステップの処理を実行する。
[刈り取りスケジュール決定処理]
まず、ユーザ(オペレータ)によって植物生育指標測定システム10の電源スイッチがオンされると、制御部40は、必要な各部の初期化を実行する。そして、撮影スケジュール決定制御プログラムの実行によって、制御部40は、入力部41、期間予測部42、日時決定部43として機能し、次のように動作する。
図6に示すように、制御部40(入力部41)は、記憶部50(圃場情報記憶部51)などから、圃場の基本情報(面積、排水情報、品種、植え付け日など)を取り込む(S101)。次に、制御部40(入力部41)は、記憶部50(施設情報記憶部52)などから、刈り取り施設の空き期間を取り込む(S102)。次に、制御部40(入力部41)は、記憶部50(生育情報記憶部53)などから、稲穂の生育情報(品種、茎数、草丈、穂情報、等級など)を取り込む(S103)。次に、制御部40(入力部41)は、記憶部50(天候情報記憶部54)などから、天候予測情報を取り込む(S104)。
次に、制御部40(期間予測部42)は、生育情報と天候予測情報とに基づいて、圃場毎の刈り取り可能期間を算出する(S105)。次に、制御部40(日時決定部43)は、圃場の面積、植物の品種、茎数、草丈、穂情報、等級の少なくとも1つに基づいて、収益が最大となるように、複数の圃場の優先順位を決定する(S106)。この優先順位の決定に際して、圃場の面積、植物の品種、茎数、草丈、穂情報、等級の中のどのパラメータを使用しても良いが、質を表すパラメータ(品種、草丈、籾色、等級など)と量を表すパラメータ(圃場の面積、茎数、籾数など)とを組み合わせることによって、収益を適切に推定することができる。
次に、制御部40(日時決定部43)は、優先順位が相対的に高い圃場から、刈り取り設備の空き期間内かつ当該圃場の刈り取り可能期間内で、刈り取り日時を決定し(S107)、全圃場の刈り取り日時が刈り取り可能期間内であるかを判断する(S108)。刈り取り日時が刈り取り可能期間から外れる圃場がある場合は(S108のNo)、S105に戻り、S105の刈り取り可能期間の予測条件やS106の優先順位の設定条件を変更するなどして、刈り取り日時の決定をやり直す。なお、刈り取り可能期間の予測条件や優先順位の設定条件を変更しても刈り取り日時が刈り取り可能期間から外れる圃場が生じる場合は、特定の圃場を除外したり、刈り取りの初期日を早めて、刈り取り遅れにならないようにしたりすることができる。
一方、全圃場の刈り取り日時が刈り取り可能期間内であれば(S108のYes)、制御部40(日時決定部43)は、S107で決定した刈り取り日時とS101で取り込んだ排水情報とに基づいて各圃場の水抜き日時を決定する(S109)。
次に、制御部40(日時決定部43)は、S107で決定した刈り取り日時が重なる圃場があるかを判断し(S110)、刈り取り日時が重なる圃場がある場合は、優先順位が相対的に低い圃場の水抜き日時をずらすことによって、刈り取り日時を調整する(S111)。その後、制御部40(日時決定部43)は、各圃場の刈り取り日時と水抜き日時とを記載した刈り取りスケジュールを作成して出力する(S112)。例えば、刈り取りスケジュールを表示操作部80に表示してユーザに通知したり、刈り取りスケジュールを画像形成装置に出力して印刷させたりする。
図8は、上記刈り取りスケジュールの一例であり、圃場毎に、圃場情報(面積、排水情報、品種、植え付け日)と、天候情報(過去の天候、今後の天候予測)と、生育情報(茎数、草丈、穂情報、等級)と、これらの情報から決定された刈り取り日時(刈り取り予定日、刈り取り調整日)と、水抜き開始日と、が記述される。ここで、圃場Aは圃場Bよりも5日前に植え付けが行われているが、圃場Aの過去の天候はあまり良くなかったために生育が遅れ、その結果、刈り取り予定日が同日になっている。この場合は、優先順位が相対的に低い圃場(ここでは圃場A)の水抜きの開始日を1日ずらすことによって刈り取り日時が同日にならないように調整する。また、圃場Cと圃場Dとは植え付け日が同日であり、過去の天候は同等であったため、刈り取り予定日も同日になっている。この場合は、優先順位が相対的に低い圃場(ここでは圃場C)の水抜きの開始日を2日ずらすことによって刈り取り日時が同日にならないように調整する。
[生育情報算出処理]
次に、S103で取り込む生育情報を算出する手順について説明する。制御プログラムの実行によって、制御部40は、情報取得部44、太陽角度演算部45、太陽方向演算部46、拡散度演算部47、葉密度演算部48及び生育指標演算部49として機能し、次のように動作する。なお、以下では、太陽光測定部30が図5に示すような構造であり、太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽された状態における光量と、太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽されない状態における光量とを測定するものとする。
図7に示すように、制御部40(情報取得部44)は、反射光測定部20及び太陽光測定部30から光強度情報を取得する(S201)。具体的には、制御部40(情報取得部44)は、反射光測定部20に測定対象の反射光の光強度を測定させ、反射光測定部20から可視光での第1画像データRv及び赤外光での第2画像データRiを取得する。また、制御部40(情報取得部44)は、太陽光測定部30に太陽光の光強度を測定させ、太陽光測定部30から可視光での第3画像データSv及び赤外光での第4画像データSiを取得する。その際、制御部40(情報取得部44)は、第3画像データSv及び第4画像データSiの各画素の光強度として、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽された状態で受光部32に入射する太陽光の光量Aと、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽されない状態で受光部32に入射する太陽光の光量Bと、を取得する。
次に、制御部40(情報取得部44)は、GPS部21、方位計22及び傾斜計23から各種情報を取得する(S202)。具体的には、制御部40(情報取得部44)は、GPS部21から緯度X及び経度Yを取得する。また、制御部40(情報取得部44)は、方位計22から方位φCを取得する。また、制御部40(情報取得部44)は、傾斜計23から測定角度βを取得する。
次に、制御部40(情報取得部44)は、時計部60から日時情報Tを取得する(S203)。
次に、制御部40(情報取得部44)は、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽された状態で受光部32に入射する太陽光の光量Aと、散乱反射板31に入射する太陽光が光遮蔽部33によって遮蔽されない状態で受光部32に入射する太陽光の光量Bと、を用い、光量Bから光量Aを減算した光量Cを算出することによって、第3画像データSv及び第4画像データSiを直達成分(Svd、Sid)と散乱成分(Svs、Sis)に分離する(S204)。
次に、制御部40(拡散度演算部47)は、拡散度Wを求める(S205)。具体的には、制御部40(拡散度演算部47)は、光量Aを光量Bで除算、又は、光量Aを光量Cで除算して拡散度Wを求める。
次に、制御部40(太陽角度演算部45)は、GPS部21で取得した緯度X及び経度Y、ならびに、時計部60で計った日時情報Tに基づいて、太陽高度A又は太陽角度αを求める(S206)。
次に、制御部40(太陽方向演算部46)は、必要に応じて、方位計22で測定した方位φC、ならびに、時計部60で計った日時情報Tに基づいて、太陽とカメラの相対方向φを求める(S207)。
次に、制御部40(葉密度演算部48)は、必要に応じて、生育情報記憶部53に記憶された生育情報Gと時計部60で計った日時情報Tとに基づいて、植え付けからの日数に対応する葉密度Lを算出する(S208)。
次に、制御部40(生育指標演算部49)は、S201で取得した測定対象の反射光強度と、S204で求めた太陽光強度の直達成分及び散乱成分(又はS205で計算した拡散度W)と、S206で求めた太陽高度A(又は太陽角度α)と、必要に応じて、S207で算出した太陽とカメラの相対方向φ及びS208で算出した葉密度Lに基づいて、生育指標を算出する(S209)。例えば、式11に従い、測定対象の反射光強度と太陽光強度の直達成分及び散乱成分と太陽高度Aとを用いて生育指標を算出することができる。
次に、制御部40(生育指標演算部49)は、S209で算出した生育指標をS203で取得した日時情報Tに対応付けて記憶部50(生育情報記憶部53)に記憶する(S210)。
上記フローでは、測定対象の反射光強度と太陽光強度の直達成分及び散乱成分(又は拡散度W)と太陽高度A(又は太陽角度α)と必要に応じて太陽とカメラの相対方向φ及び葉密度Lとに基づいて生育指標を算出したが、生育指標の算出方法は上記記載に限定されない。例えば、太陽光測定部30で測定した第3及び第4波長の太陽光の各光強度に基づいて、反射光測定部20で測定した第1及び第2波長の反射光の各光強度の比率が所定値となるように正規化しつつ、反射光測定部20で測定した第1及び第2波長の反射光の各光強度に基づいて、補正前の生育指標を求め、太陽角度、太陽方向及び拡散度Wに対応する補正値で補正前の生育指標を補正してもよい。また、反射光測定部20で測定した第1及び第2波長の反射光の各光強度、太陽角度、太陽方向、太陽光測定部30で測定した第3及び第4波長の太陽光の各光強度、拡散度、測定角度、並びに、葉密度に基づいて、生育指標を求めてもよい。更に、太陽光測定部30で測定した第3及び第4波長の太陽光の各光強度に基づいて、反射光測定部20で測定した第1及び第2波長の反射光の各光強度の比率が所定値となるように正規化しつつ、反射光測定部20で測定した第1及び第2波長の反射光の各光強度に基づいて、補正前の生育指標を求め、太陽角度、太陽方向、拡散度、測定角度、及び、葉密度に対応する補正値で補正前の生育指標を補正してもよい。
以上説明したように、本実施例では、複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する際に、刈り取り設備の空き期間、生育情報及び天候予測情報を取り込み、生育情報と天候予測情報とに基づいて、圃場毎の刈り取り可能期間を予測し、刈り取り設備の空き期間と圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、複数の圃場の刈り取り日時を決定し、複数の圃場の刈り取り日時や水抜き日時を明示した刈り取りスケジュールを出力することにより、植物の刈り取りタイミングを適切に判断して、収益の向上を図ると共に刈り取り施設の有効利用を図ることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更可能である。
例えば、上記実施例では、稲穂を刈り取る場合について例示したが、圃場に生育可能な任意の植物を刈り取る場合に対して、本発明の手法を同様に適用することができる。
また、上記実施例では、植物生育指標測定システム10を用いて刈り取りスケジュールを作成する場合を示したが、植物生育指標測定システム10が取得した生育指標を利用可能な任意の装置(例えば、植物生育指標測定システム10とは別に設けられたコンピュータ装置)を用いて刈り取りスケジュールを作成する場合に対しても、本発明の手法を同様に適用することができる。
また、上記実施例では、生育指標としてNDVI値を求める場合を示したが、例えば、RVI(Rati0 Vegetation Index、比植生指標)やDVI(Difference Vegetation Index、差植生指標)、TVI(Transformed Vegetation Index)、IPVI(Infrared Percentage Vegetation Index)を求める場合に対しても、本発明の手法を同様に適用することができる。
本発明は、複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する刈り取りスケジュール決定方法、刈り取りスケジュール決定プログラム及び当該刈り取りスケジュール決定プログラムを記録した記録媒体に利用可能である。
10 植物生育指標測定システム
11 反射光測定装置
12 太陽光測定装置
13 制御装置
20 反射光測定部
21 GPS部
22 方位計
23 傾斜計
30 太陽光測定部
31 散乱反射板
32 受光部
33 光遮蔽部
34 筐体
35 支柱
40 制御部
41 入力部
42 期間予測部
43 日時決定部
44 情報取得部
45 太陽角度演算部
46 太陽方向演算部
47 拡散度演算部
48 葉密度演算部
49 生育指標演算部
50 記憶部
51 圃場情報記憶部
52 施設情報記憶部
53 生育情報記憶部
54 天候情報記憶部
60 時計部
70 I/F部
80 表示操作部
90 電源部

Claims (14)

  1. 複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する装置における刈り取りスケジュール決定方法であって、
    前記装置は、
    刈り取り設備の空き期間、前記植物の生育情報及び天候予測情報を取り込む入力処理と、
    前記植物の生育情報と前記天候予測情報とに基づいて、前記圃場毎の刈り取り可能期間を予測する期間予測処理と、
    前記刈り取り設備の空き期間と前記圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、前記複数の圃場の刈り取り日時を決定する日時決定処理と、
    前記複数の圃場の刈り取り日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する出力処理と、を実行する、
    ことを特徴とする刈り取りスケジュール決定方法。
  2. 前記日時決定処理では、複数のパラメータに基づいて、前記複数の圃場の優先順位を設定し、前記優先順位が相対的に高い圃場から、前記刈り取り設備の空き期間内かつ当該圃場の刈り取り可能期間内で、前記刈り取り日時を決定する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の刈り取りスケジュール決定方法。
  3. 前記日時決定処理では、前記圃場の面積、前記植物の品種、茎数、草丈、穂情報、等級の少なくとも1つに基づいて、収益が相対的に高くなると推定される圃場の優先順位を相対的に高くする、
    ことを特徴とする請求項2に記載の刈り取りスケジュール決定方法。
  4. 前記入力処理では、前記圃場毎の排水情報を取り込み、
    前記日時決定処理では、前記刈り取り日時と前記排水情報とに基づいて前記圃場毎の水抜き日時を決定し、前記刈り取り日時が重なる圃場が生じる場合は、いずれかの圃場の前記水抜き日時をずらすことによって、前記刈り取り日時を調整する、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の刈り取りスケジュール決定方法。
  5. 前記出力処理では、前記複数の圃場の刈り取り日時及び前記水抜き日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する、
    ことを特徴とする請求項4に記載の刈り取りスケジュール決定方法。
  6. 前記日時決定処理では、前記複数の圃場の全収穫高と、前記刈り取り設備の1日あたりの処理能力と、前記刈り取り設備の空き期間と、に基づいて、前記複数の圃場の刈り取りの所要日数を算定し、前記所要日数に基づいて刈り取りの初期日を決定する、
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載の刈り取りスケジュール決定方法。
  7. 前記日時決定処理では、前記刈り取り日時が前記刈り取り可能期間から外れる圃場が生じる場合は、前記刈り取りの初期日を早めて、刈り取り遅れにならないようにする、
    ことを特徴とする請求項6に記載の刈り取りスケジュール決定方法。
  8. 複数の圃場に生育する植物の刈り取りスケジュールを決定する装置で動作する刈り取りスケジュール決定プログラムであって、
    前記装置に、
    刈り取り設備の空き期間、前記植物の生育情報及び天候予測情報を取り込む入力処理、
    前記植物の生育情報と前記天候予測情報とに基づいて、前記圃場毎の刈り取り可能期間を予測する期間予測処理、
    前記刈り取り設備の空き期間と前記圃場毎の刈り取り可能期間とに基づいて、前記複数の圃場の刈り取り日時を決定する日時決定処理、
    前記複数の圃場の刈り取り日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する出力処理、を実行させる、
    ことを特徴とする刈り取りスケジュール決定プログラム。
  9. 前記日時決定処理では、複数のパラメータに基づいて、前記複数の圃場の優先順位を設定し、前記優先順位が相対的に高い圃場から、前記刈り取り設備の空き期間内かつ当該圃場の刈り取り可能期間内で、前記刈り取り日時を決定する、
    ことを特徴とする請求項8に記載の刈り取りスケジュール決定プログラム。
  10. 前記日時決定処理では、前記圃場の面積、前記植物の品種、茎数、草丈、穂情報、等級の少なくとも1つに基づいて、収益が相対的に高くなると推定される圃場の優先順位を相対的に高くする、
    ことを特徴とする請求項9に記載の刈り取りスケジュール決定プログラム。
  11. 前記入力処理では、前記圃場毎の排水情報を取り込み、
    前記日時決定処理では、前記刈り取り日時と前記排水情報とに基づいて前記圃場毎の水抜き日時を決定し、前記刈り取り日時が重なる圃場が生じる場合は、いずれかの圃場の前記水抜き日時をずらすことによって、前記刈り取り日時を調整する、
    ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一に記載の刈り取りスケジュール決定プログラム。
  12. 前記出力処理では、前記複数の圃場の刈り取り日時及び前記水抜き日時を明示した刈り取りスケジュールを出力する、
    ことを特徴とする請求項11に記載の刈り取りスケジュール決定プログラム。
  13. 前記日時決定処理では、前記複数の圃場の全収穫高と、前記刈り取り設備の1日あたりの処理能力と、前記刈り取り設備の空き期間と、に基づいて、前記複数の圃場の刈り取りの所要日数を算定し、前記所要日数に基づいて刈り取りの初期日を決定する、
    ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一に記載の刈り取りスケジュール決定プログラム。
  14. 前記日時決定処理では、前記刈り取り日時が前記刈り取り可能期間から外れる圃場が生じる場合は、前記刈り取りの初期日を早めて、刈り取り遅れにならないようにする、
    ことを特徴とする請求項13に記載の刈り取りスケジュール決定プログラム。
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